Дані показують, що мережа Lightning Bitcoin вирішила проблему масштабованості

Це редакційна стаття Станіслава Козловського, інженера-програміста та макроекономічного дослідника.

Багато біткойнерів чули про «відсутність масштабованості» біткойна — це одна з найпоширеніших критик, які критикують проект як ненажерливі конкуренти криптовалюти, так і діючі актори.

Деякі старожили, можливо, пам’ятають бурхливі, охоплені суперечками «Війни розмірів блоків» 2015–2017 років, які за сприяння інсайдерів галузі найбільш дрібно мали на меті збільшити масштаб біткойна до більшої кількості транзакцій шляхом збільшення максимального розміру блоку, і тим самим майже створили прецедент і змінив Bitcoin майбутній курс назавжди.

Обидва ці питання зрештою залишаться на неправильній стороні історії. У цій частині ми збираємося показати, як Lightning Network вирішує проблеми масштабованості біткойна, і, безсумнівно, доведемо, що рішення щодо невеликих блоків було зрештою правильним.

Обмеження та вибір базового шару

Перш ніж ми зрозуміємо, що вирішує Lightning Network, ми повинні спочатку зрозуміти, у чому полягає проблема. Простіше кажучи: ви не можете масштабувати блокчейн для децентралізованої перевірки транзакцій у всьому світі.

Блокчейни страждають від властивих обмежень, які змушують їх шукати компроміс між трьома якостями — одна якість їхньої системи має замінити дві інші. Як показано вище, блокчейн може надійно мати лише дві з цих трьох якостей:

• Децентралізована: не контролюється жодною партією або невеликою кількістю еліт
• Масштабований: масштабується до достатньої кількості транзакцій
• Безпека: нелегко атакувати та зламати його інваріанти

Варто зазначити, що всі ці характеристики знаходяться в окремих складних спектрах. Наприклад, ви не стаєте «захищеними» після певного порогу, це дуже залежить на варіант використання та багато різних характеристик.

Біткойн працює повільно з причини. Він явно вирішив оптимізувати розділи трилеми «безпека» та «децентралізація», залишивши «масштабованість» (кількість транзакцій за секунду) осторонь.

Ключове усвідомлення полягає в тому, що, як і в сьогоднішній Інтернеті та фінансовій системі, оптимальніше складати всю систему з окремих рівнів, де кожен рівень оптимізується для різних речей і використовується для них.

Біткойн, базовий рівень, є глобально відтвореною публічною книгою — кожна транзакція транслюється кожному учаснику мережі. Очевидно, що практично неможливо масштабувати таку бухгалтерську книгу, щоб врахувати зростаючий рівень транзакцій у всьому світі. Крім того, що він непрактичний і шкодить конфіденційності, його недоліки значно переважають його незначні переваги.

Свого часу між онлайн-спільнотою точилася велика громадянська війна за те, що біткойн має зробити, щоб збільшити пропускну здатність транзакцій. існує головна, розлючена полеміка в цій історії і значною мірою це те, що сформувало біткойн, щоб він залишився таким, яким він є сьогодні — низовий рух знизу вгору, де середні люди (плебс), разом один з одним, диктують правила мережі.

"Війна за блоки” Джонатана Біра ілюструє боротьбу між прихильниками децентралізованої мережі, які бажають найкращого для довгострокової життєздатності мережі, та жадібністю та пропагандою, яку продовжують великі гравці та корпорації для досягнення власних планів отримання влади та прибутку.

Коротше кажучи, біткойн був роздвоєний у невдалий форк під назвою «Bitcoin Cash».

Маленький хлопець зрештою переміг — біткойн не поспішав з будь-яким поганим вибором дизайну, який міг би поставити під загрозу його децентралізацію, безпеку чи цензурний опір. Було фактично прийнято рішення масштабувати біткойн за допомогою рівнів, запроваджуючи другі рівні, які працюють окремо від біткойнів і передають їх стан до основної, повільнішої, але безпечнішої мережі.

На відміну від цього, явно невдалий форк Bitcoin Cash пожертвував усіма надіями на децентралізацію, збільшивши розмір блоку до 32 мегабайт, У 32 рази більше, ніж Bitcoin, щонайбільше 50 платежів в секунду на базовому ланцюзі.

Розмір блоку

Кожен блок біткойн має обмеження на розмір, і це означає верхню межу кількості транзакцій, які можуть існувати всередині блоку. Якщо попит зростає і перевищує кількість транзакцій, які може мати блок, блок стає заповненим, а транзакції залишаються непідтвердженими в меморіал. Користувачі починають перевищувати один одного за допомогою регульованої комісії за транзакцію, щоб їхня транзакція була включена майнерами, які мають стимул обирати найбільш високооплачувані транзакції.

Наївним рішенням для цього було б просто збільшити ліміт розміру блоку, тобто дозволити більше транзакцій включати в блок. Негативні побічні ефекти цього досить непомітні, щоб навіть інтелектуали як Ілон Маск зробити помилку пропонувати це.

Збільшення розміру блоку має ефекти другого порядку, які зменшують децентралізацію мережі. Зі збільшенням розміру блоку зростає вартість роботи вузла в мережі.

У Bitcoin кожен вузол повинен зберігати та перевіряти кожну транзакцію. Крім того, зазначену транзакцію потрібно поширювати на однорангові вузли, що збільшує вимоги до пропускної здатності мережі для підтримки більшої кількості транзакцій. Чим більше транзакцій, тим більше зростають вимоги мережі до обробки (ЦП) і пам’яті (диска) для кожного вузла. Оскільки запуск вузла не приносить фінансових вигод, стимул до його запуску непропорційно зменшується, чим дорожче це коштує.

У цифрах, якщо біткойн колись досягне передбачуваного максимального рівня потужності Visa (24,000 транзакції в секунду) вузлу знадобиться 48 мегабайт на секунду лише для отримання транзакцій через мережу. Нижче наведено карту середньої швидкості Інтернету в світі:

Як бачите, значна частина середньої світової швидкості позбавляє їх можливості запускати вузол за цих умов. Зауважте, що середня швидкість означає, що багато з них навіть нижчі за вказаний поріг. Крім того, це не враховує той факт, що користувач матиме інше використання своєї пропускної здатності — небагато безкорисливих людей виділять 50% своєї пропускної здатності в Інтернеті для біткойн-вузла.

Що ще важливіше, кількість даних, які це згенерує, унеможливить їх зберігання — це призведе до 518 гігабайт даних на день або 190 терабайт даних на рік.

Крім того, розкручування нового вузла вимагатиме завантаження всіх цих петабайтів даних і перевірки кожного підпису — і те, і інше призведе до того, що для розкручування нового вузла знадобиться багато часу (роки).

І що ще гірше, 24,000 XNUMX транзакцій на секунду самі по собі не створюють справді унікальної глобальної платіжної мережі. Visa — не єдина платіжна мережа у світі, і з кожним днем ​​світ стає все більш взаємопов’язаним.

Lightning Network 101

Мережа Lightning - це a окрема мережа другого рівня який працює поверх основної мережі Bitcoin. Простіше кажучи, він групує транзакції Bitcoin.

Щоб отримати доступ до нього, вам потрібно запустити власний вузол або скористатися чужим. Мережа має дві концепції, які варто зрозуміти для цих цілей:

• A Вузол блискавки: окреме програмне забезпечення, яке спілкується одне з одним і створює нову однорангову мережу.
• Канали: з'єднання відкрито між двома Вузли блискавки, що дозволяє здійснювати платежі між ними.

Канал – це буквально транзакція базового рівня біткойнів, яка прив’язує канал до безпечного ланцюжка.

Коли два вузли відкривають канал між собою, платежі починають надходити між ними. Кожен наступний платіж змінює стан каналу, криптографічно скасовуючи старий і встановлюючи контрольні точки нового в пам’яті та на диску обох вузлів, але критично, не для базового ланцюга.

Канали можуть і, на мою думку, в ідеалі повинні залишатися відкритими протягом тривалого часу (наприклад, рік або більше). Якщо вузли коли-небудь вирішать закрити свій канал, їхній останній баланс після всіх платежів поза ланцюгом відновлюється на їхні вихідні гаманці. Це криптографічно захищено за допомогою хешованих контрактів з блокуванням часу (HTLC) і цифрових підписів, які ми не будемо вдаватися в подробиці для цілей цієї статті.

Це дозволяє групувати мільярди платежів у дві транзакції в мережі — одну для відкриття каналу, а іншу — для його закриття. Після завершення платежу беззаперечним є останній баланс між усіма сторонами (припускаючи, що вузли надлишково зберігають контрольні точки своїх каналів).

Важливо те, що не потрібно бути безпосередньо підключеним до іншої сторони, щоб платити їй — канали можуть використовуватися іншими вузлами в мережі, щоб збільшити їх доступність. Іншими словами, якщо Аліса пов’язана з Бобом, а Боб – із Керолайн, Аліса та Керолайн можуть безперешкодно платити одна одній через Боба.

Блискавична масштабованість

Як ми зараз доведемо, сьогодні мережа Lightning Network вже масштабується для підтримки 16,264 XNUMX транзакцій за секунду, а отже, вирішує проблему масштабованості, зберігаючи всі переваги, які може запропонувати біткойн — відсутність дозволу, дефіцит, суверенітет користувача, переносимість, можливість перевірки, децентралізацію та стійкість до цензури.

Щоб платіж пройшов через мережу, він зазвичай має пройти через кілька платіжних каналів. Щоб відповісти, скільки платежів мережа може зробити за секунду, нам потрібно зрозуміти, скільки в середньому підтримує канал.

Статистика показує, що середній платіж проходить приблизно три канали.

Команда контрольні цифри ми будемо використовувати для цього аналізу пропускну здатність на вузол, а не на канал. Тому ми будемо неправильно вважати, що кожен вузол має лише один канал. Кажуть, що вузол LND за замовчуванням може виконувати 33 платежі за секунду з пристойною машиною (8 vCPU, 32 ГБ пам’яті) відповідно до тесту.

з 16,266 XNUMX вузлів у мережі (Станом на листопад 2022 року), припускаючи, що кожен платіж має проходити через три канали (чотири вузли), мережа повинна мати змогу досягти приблизно 134,194 XNUMX платежів за секунду.

Тобто кожен платіж має проходити через групу з чотирьох вузлів, а таких унікальних груп у мережі 4,066. Якщо припустити, що кожен вузол може здійснити 33 платежі за секунду, ми помножимо 4,066 на 33 і отримаємо 134,194 XNUMX.

Тепер, щоб бути реалістами: не кожен вузол працює на машині, подібній до тієї, що в еталонному тесті — на багатьох просто бігає на Raspberry Pi. На щастя, не потрібно багато, щоб перемогти поточні платіжні системи.

Блискавка проти Традиційні платежі

Знайти достовірні цифри про пікову пропускну здатність традиційних платіжних систем важко, тому ми будемо покладатися на їхній середній рівень платежів протягом 2021 фінансового року. Ми порівняємо це з теоретичною потужністю Lightning, тому що, навпаки, отримати середню ставку платежів у Lightning неможливо через його приватний характер, а також не розкриває можливості, оскільки попит на платежі Lightning все ще відносно низький. Це порівняння дасть нам уявлення про те, скільки платежів повинен бути здатний маршрутизувати вузол Lighting, щоб випередити традиційне фінансування.

Візова пила 165 мільярдів платежів у 2021 році, побачив PayPal 19.3 млрд платежів на всій своїй платформі та побачив FedWire 204 млн. Відповідно, у середньому за 7,372 рік вони складали 612, 6.5 і 2021 платежів на секунду. Якщо говорити на перспективу, біткойн зробив 2.44 платежів в секунду у 2021 році та збільшується до максимум семи за секунду.

Цифри є багатообіцяючими — щоб кожен вузол Lightning був здатний робити це правильно чотири платежі за секунду щоб випередити поточні платіжні мережі принаймні вдвічі. З такою швидкістю 4,066 16,264 унікальних груп із чотирьох вузлів можуть досягти 2.2 XNUMX платежів за секунду — у XNUMX рази більше, ніж у найбільшого конкурента Visa.

Що ще гірше для традиційних платіжних мереж, середня комісія за транзакцію Lightning становить в 13 рази менше у Visa — 0.1% у порівнянні з 1.29%.

Варто пам’ятати, що завжди можна продовжувати масштабувати Lightning Network, створюючи нові вузли. Оскільки він одноранговий, його масштабованість теоретично необмежена, доки вузли в мережі ростуть.

Крім того, вищезазначений тест, проведений Bottlepay, показує, що немає реальних технічних блокувальників для впровадження вузла Lightning, щоб досягти 1,000 платежів на секунду. При такому номері мережі ток пропускна здатність буде ближче до чотирьох мільйонів на секунду, не кажучи вже про те, якою вона буде зі збільшенням кількості вузлів.

І, нарешті, варто пам’ятати, що Lightning Network все ще є дуже незрілим програмним забезпеченням і потребує значної кількості майбутніх оптимізацій як у протоколі, так і в його реалізації. Ресурси з точки зору розробників є єдиним короткостроковим обмеженням для збільшення масштабованості, яка по праву стоїть на другому місці після більш важливих питань, таких як надійність.

Щоб дати відчуття прогресу там, River Financial нещодавно поділився що рівень успішності платежу становить 98.7% при середньому розмірі 46 доларів США, що напрочуд краще, ніж найперші загальнодоступні дані, які він міг знайти з 2018 року, де транзакції на суму 5 доларів США були невдалими в 48% випадків.

Висновок

У цьому матеріалі ми розкрили всі негативні недоліки масштабування блокчейну біткойнів шляхом збільшення розміру блоку базового рівня, зокрема це серйозно скомпрометувало його децентралізацію та зрештою не вдалося досягти мети досягти величезної масштабованості, необхідної для вимог глобальної платіжної мережі. має і матиме все більше в майбутньому.

Ми показали, що Lightning Network, як рішення другого рівня, найбільш елегантно вирішує проблему масштабованості, зберігаючи всі переваги біткойнів і в той же час масштабуючи його значно більше, ніж обіцяють будь-які рішення базового рівня.

Це гостьовий пост Станіслава Козловського. Висловлені думки повністю належать їм і не обов’язково збігаються з думками BTC Inc або Bitcoin Magazine.